Aplikai Jaringan Saraf iruan pada Shunt Active Power Filter iga Faa Hanny H. umbelaka, hiang, Sorati Fakulta eknologi Indutri, Juruan eknik Elektro, Univerita Kriten Petra Jl. Siwalankerto 121-131, Surabaya 60236 tumbeh@petra.ac.id, thiang@petra.ac.id, ratih_545@yahoo.com Abtrak Semakin banyaknya pengoperaian peralatan beban non linear akan menimbulkan harmonia pada item tenaga litrik dan menurunkan kualita daya litrik. Harmonia pada item tenaga litrik ini dapat diatai dengan menggunakan Shunt Active Power Filter. Shunt Active Power Filter adalah Current Controlled Voltage Source Inverter (CC-VSI) tiga faa yang dihubungkan pada Point of Common Coupling (PCC). Metode kompenai jaringan araf tiruan digunakan ebagai rangkaian kontrol untuk menghailkan aru refereni untuk Shunt Active Power Filter yang diperoleh dari aru beban. Jaringan araf tiruan menentukan amplitudo dari komponen inu dan coinu aru refereni. Hail imulai menunjukkan bahwa Shunt Active Power Filter 3 faa dengan metode kompenai jaringan araf tiruan ecara efektif mampu menghilangkan harmonia dan menghailkan aru umber/grid yang inuoidal baik dalam kondii teady tate maupun dinami. Kata kunci: Active Power Filter, Harmonia, Jaringan Syaraf iruan 1. Pendahuluan Dengan emakin berkembangnya pemakaian elektronika daya dalam item tenaga litrik, maka emakin banyak pula beban tak-linier yang terpaang. Pengoperaian peralatan beban tak-linier ini akan menimbulkan harmonia pada item ditribui litrik. Hal ini akan menurunkan kualita daya litrik karena aru pada beban tak-linier tidak berbentuk gelombang inuoidal murni, mekipun umber tegangan yang dipakai pada aat itu berbentuk gelombang inuoidal murni. Solui untuk mengatai maalah harmonia dapat dilakukan dengan pemaangan filter harmonia. Secara umum, filter harmonia dapat dibagi menjadi Paive Power Filter dan Active Power Filter. Penggunaan Filter Paif untuk mengatai permaalahan harmonia memiliki banyak kelemahan antara lain hanya dapat digunakan untuk memfilter atu frekueni harmonia (ingle tune). Hal ini berarti membutuhkan ejumlah filter untuk mengatai ejumlah aru harmonia. Selain itu filter ini tidak flekibel terhadap perubahan beban, dapat menimbulkan reonani paralel pada item tenaga, memiliki deain ukuran dan berat induktor dan C yang cukup bear untuk memfilter harmonia, erta memiliki karakteritik filter -C yang angat dipengaruhi oleh impedani item yang ulit diketahui ecara pati karena elalu berubah terhadap konfigurai jaringan [1]. Untuk mengatai kelemahan yang ditimbulkan Paive Power Filter, maka digunakan Active Power Filter. Oleh karena itu akan diteliti penggunaan Active Power Filter untuk menghilangkan harmonia. Selama bertahun-tahun, telah berkembang metode kompenai untuk mengontrol Active Power Filter [2][3]. Setiap metoda mempunyai keunikan, keunggulan dan kelemahan. Perkembangan aat ini, teknik artificial intelligence khuunya teknik jaringan araf tiruan (artificial neural network) [4] mulai diterapkan untuk mendeteki harmonia. Oleh karena itu dalam makalah ini akan dibaha mengenai aplikai Active Power Filter tiga faa yang bekerja dengan cara menginjekikan aru anti harmonia yang bertujuan untuk menghilangkan harmonia pada item tenaga litrik dengan metoda jaringan araf tiruan. 2. Konfigurai Shunt Active Power Filter Shunt Active Power Filter merupakan Voltage Source Inverter (VSI) yang terdiri ata 6 buah IGB dengan Dioda anti-paralel. Pada ii DC terdapat kapaitor DC dan pada ii AC terpaang induktor yang dihubungkan pada Point of Common Coupling (PCC), paralel dengan beban. VSI dioperaikan dengan mengontrol aru induktor edemikian rupa ehingga euai dengan aru refereni yang dikehendaki. Untuk itu dipaang enor aru pada ii output (AC) dari VSI. Output dari enor aru dibandingkan dengan aru refereni yang hail perbandingannya menghailkan inyal Pule Width Modulation (PWM) untuk memicu IGB. Mode operai ini diebut Current-controlled Voltage Source Inverter (CC-VSI). Aru refereni diperoleh dengan mendeteki aru beban yang mengandung harmonia dengan
menggunakan enor aru. Aru beban ini kemudian diproe untuk memiahkan komponen fundamental dan komponen harmonia. Dalam hal ini proe pemiahan dilakukan dengan menggunakan metoda jaringan araf tiruan. Komponen harmonia ini digunakan ebagai aru refereni untuk mengontrol aru induktor dari CC-VSI. Dengan demikian CC-VSI menghailkan aru anti harmonia yang melawan aru harmonia yang ditimbulkan oleh beban ehingga aru umber menjadi inuoidal. Blok diagram Shunt Active Power Filter dapat dilihat pada gambar 1. dimana W an dan W bn merupakan amplitudo dari komponen inu dan coinu dari aru beban i (t). Aru beban i (t) dapat diederhanakan menjadi peramaan: i ( t) = W X ( t) (2) dimana matrik bobot: [ w w w w ] W a1 b1... = (3) an bn dan vektor input inu/coinu: [ in( ωt)co( ωt)...in( nωt)co( nω )] X ( t) = t (4) Berdaarkan peramaan di ata, maka aritektur dari kompenai jaringan araf tiruan dapat digambarkan ebagai berikut: Gambar 1. Konfigurai Shunt Active Power Filter Agar rangkaian dapat bekerja dengan tabil dan aru dapat mengalir, maka tegangan CC-VSI pada ii DC haru lebih bear daripada tegangan peak-to- peak pada ii AC [5]. egangan pada ii DC haru dipertahankan kontan dengan menggunakan kontrol PI (Proportional Integral). Jika tidak, maka rugi-rugi pada rangkaian akan menyebabkan tegangan DC-bu akan menurun. 3. Metode Jaringan Syaraf iruan 3.1. Prinip Daar Shunt Active Power Filter dengan Kontrol Jaringan Saraf iruan Beberapa inyal periodik dapat digambarkan ebagai penjumlahan komponen inu dan coinu. Konep ini menjadi daar dari perancangan aritektur jaringan araf tiruan dalam mengetimai komponen harmonia pada beban tak linier. Aru beban i (t) dapat digambarkan ebagai : N i ( t) = ( W in( nω t) + W co( nωt)) (1) n= 1,2,... an bn Gambar 2. Aritektur Jaringan Saraf iruan Aritektur jaringan araf tiruan eperti pada gambar 2, pada daarnya adalah jaringan araf tiruan ingle ADAINE (ADAptive Inear NEuron) yang dikembangkan oleh Widrow dan Marcian Hoff. Seperti terlihat pada gambar 2, jaringan araf tiruan memiliki N paang input aru kontan dimana etiap paang input terdiri ata input inu dan coinu dan merepreentaikan komponen fundamental dan komponen harmonia dari aru beban. Bobot etiap input dari jaringan araf tiruan merepreentaikan amplitudo dari aru fundamental atau aru harmonia. Output dari jaringan araf tiruan adalah aru beban etimai (i et )dan aru beban fundamental etimai (i p ). Proe training dilakukan dengan mengubah bobot W ehingga e(k) menjadi nol. e(k) adalah error antara aru beban eungguhnya (i ) dan aru beban etimai (i et ). Dengan demikian bila e(k) telah menjadi
nol atau mendekati nol, maka aru beban i dan aru fundamental i p dapat dietimai dengan tepat. Sehingga aru refereni i* C (k) untuk Active Power Filter dapat dihitung dengan pengurangan aru beban eungguhnya i dengan aru fundamental hail etimai i p. rate tertentu. Pada akhirnya aru refereni dari Active Power Filter dapat dihitung dengan menggunakan peramaan di bawah ini : ( t) = i ( t) WV ( t) (7) i c 3.2. Algoritma raining Widrow-Hoff untuk Jaringan Saraf iruan pada Active Power Filter Proe training dilakukan dengan menggunakan algoritma Widrow-Hoff dengan tujuan untuk meminimalkan bearnya error e(k) antara inyal beban i (t) dan inyal etimai i et (k), dimana e(k) dapat dinyatakan dengan peramaan di bawah ini : e( k) = i i ( k) (5) et Aru refereni i* C (t) dari Active Power Filter akan diperoleh berdaarkan hail dari perhitungan bobot. Prinip daar dari perhitungan bobot dengan algoritma jaringan araf tiruan dapat digambarkan ebagai berikut: Gambar 4. Rangkaian Kompenai i* C (t) Berdaarkan peramaan 7 maka pemodelan rangkaian kontrol pada Matlab Simulink untuk memperoleh nilai bobot W dengan algoritma Widrow-Hoff dapat digambarkan ebagai berikut: Gambar 3. Perhitungan Bobot Jaringan Saraf iruan Jaringan araf tiruan pada gambar 3 terdiri ata ebuah neuron, dimana bobot dari neuron dinyatakan ebagai W. Yang menjadi input dari item adalah tegangan umber V S (t) yang dibangkitkan, ementara outputnya adalah aru aktif fundamental i P (t) dan output dari item adalah aru refereni i* C (t) dari Active Power Filter. Berdaarkan algoritma Widrow-Hoff, peramaan untuk memperbaharui bobot dapat dinyatakan ebagai berikut : W(n) = W ( n 1) + η i crv ( n 1) (6) dimana : η i cr V ( n 1) = perubahan beban η = learning rate, 0 < η < 1 i cr ( n ) = i ( n) W ( n) V ( n) Berdaarkan peramaan 6 maka deain kontrol dengan algoritma Widrow-Hoff dapat digambarkan eperti yang terlihat pada gambar 4. Proe pembelajan/training dari jaringan araf tiruan dengan metode pembelajaran Widrow-Hoff digunakan untuk memperoleh nilai dari bobot dengan nilai learning Gambar 5. Rangkaian Kompenai Jaringan Saraf iruan dalam Matlab Simulink 4. Hail Simulai Konep Shunt Active Power Filter dengan metoda kompenai jaringan araf tiruan telah dibuktikan dengan imulai komputer menggunakan gabungan PSIM dan Matlab Simulink. Rangkaian CC-VSI dimodelkan dalam PSIM, ementara itu kontrol jaringan yaraf tiruan dirancang dalam Matlab Simulink. Gambar 6 ampai 9 merupakan alah atu hail imulai yang telah dilakukan Matlab Simulink dari rangkaian kompenai jaringan araf tiruan yang terdiri ata aru input (aru beban), error e(k), aru etimai i et (k) dan aru inu/coinu komponen fundamental i P, dengan learning rate 0,4.
Aru input pada gambar 6 merupakan aru beban tak linier yang telah terditori oleh harmonia. Selanjutnya aru etimai merupakan aru yang dibangkitkan oleh rangkaian kompenai yang bergantung pada nilai kealahan. Aru etimai merupakan eliih antara aru input dan kealahan. Semakin kecil nilai kealahan, maka aru etimai akan emakin menyerupai aru input. Gambar 6. Aru Input Beban Gambar 7 menunjukkan nilai kealahan yang angat kecil pada kondii teady tate ehingga aru etimai yang diperoleh hampir ama dengan aru input. Hal ini berarti aru refereni untuk Active Power Filter diperoleh dengan cara menghitung eliih antara aru beban i dengan aru komponen fundamental i P dari rangkaian kompenai. Gambar 10 menunjukkan aru beban 3 faa yang mengandung harmonia. Dengan menggunakan jaringan araf tiruan, diperoleh aru refereni 3 faa bagi CC-VSI eperti yang ditunjukkan pada gambar 11. Dari operai CC-VSI ebagai Shunt Active Power Filter diperoleh aru umber 3 faa yang berbentuk inuoidal dan eimbang (gambar 12). Perbandingan bearnya HD aru beban dan aru umber (etelah kompenai) dapat dilihat pada tabel 1. Dari gambar 10 ampai 12 tergambar juga adanya perubahan beban. erlihat bahwa jaringan araf tiruan mampu menyeuaikan aru refereni terhadap perubahan beban. Aru umber/grid tetap berbentuk inuoidal Gambar 7. Kealahan e(k) Gambar 10. Aru beban 3 faa Gambar 8. Aru Etimai i et (k) Gambar 11. Aru Refereni Gambar 9. Komponen Fundamental i P
[3] Green,.C. and J.H. Mark, Control technique for active power filter. Electric Power Application, IEE Proceeding-, 2005. 152(2): p. 369-381. [4] emurta, F., et al., Harmonic detection uing feed forward and recurrent neural network for active filter. Electric Power Sytem Reearch, 2004. 72(1): p. 33-40. [5] umbelaka, H.H.,.J. Borle, and C.V. Nayar. A New Approach to Stability imit Analyi of A Shunt Active Power Filter with Mixed Non-linear oad. in Autralaian Univeritie Power Engineering Conference (AUPEC). 2004. Bribane, Autralia: ACPE. p. ID: 121 Gambar 12. Aru Sumber Setelah Kompenai abel 1. HD aru beban dan aru umber HD aru Faa R Faa S Faa (%) Beban 25.5 26.1 25.1 Sumber/grid 1.8 2.1 1.9 5. Keimpulan Berdaarkan analia hail imulai yang diperoleh, maka dapat diimpulkan hal-hal ebagai berikut: 1. Dengan mengatur learning rate, jaringan araf tiruan mampu mengatur bobot W ehingga terbentuk aru refereni yang digunakan pada CC-VSI. Aru refereni yang dikehendaki diperoleh bila kealahan e(k) ama dengan nol. Dalam hal ini aru etimai yang dihailkan menyerupai aru input beban. 2. Hail imulai menunjukkan bahwa rangkaian Shunt Active Power Filter tiga faa dengan metode kompenai jaringan araf tiruan ecara efektif mampu mengatai aru harmonia beban. 3. Hail imulai juga menunjukkan bahwa pada kondii dinami, rangkaian Shunt Active Power Filter tiga faa dengan metode kompenai jaringan araf tiruan ecara efektif mampu memberikan repon yang cepat aat terjadi perubahan beban, ehingga aru harmonia dapat dikompenai dengan baik. Refereni [1] Jou, H.-., J.-C. Wu, and K.-D. Wu, Parallel Operation of Paive Power Filter and Hybrid Power Filter for Harmonic Suppreion. IEE Proc. Generation ranmiion Ditribution, 2001. 148(1): p. 8-14 [2] El-Habrouk, M., M.K. Darwih, and P. Mehta, Active power filter: a review. Electric Power Application, IEE Proceeding-, 2000. 147(5): p. 403-413.